ANALISIS KEKUATAN PIPA BAWAH LAUT TERHADAP KEMUNGKINAN KECELAKAAN AKIBAT TARIKAN JANGKAR KAPAL

1 ANALISIS KEKUATAN PIPA BAWAH LAUT TERHADAP KEMUNGKINAN KECELAKAAN AKIBAT TARIKAN JANGKAR KAPAL Muhammad R. Prasetyo, Wisnu Wardhana, Handayanu Jurusan Teknik Kelautan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail: wisnu@oe.its.ac.id Abstrak Adanya kerusakan pada pipa dapat berupa pipa penyok atau mengalami kebocoran. Penyebab kerusakan kerusakan diatas dapat disebabkan oleh beberapa faktor, antara lain penurunan jangkar kapal (anchor drop), penarikan jangkar (anchor drag), kapal kandas, kapal tenggelam, jaring atau pukat, dan faktor lainnya. Tugas akhir ini bertujuan untuk mengetahui berapa besar tegangan yang dialami oleh pipa akibat anchor draging dengan variasi kapal beserta kecepatannya saat melego jangkar. Iterasi kecepatan mulai dari 1,5 knot sampai 5 knot. Tension yang dijinkan hanya yang tidak melebihi dari Minimum Breaking Load, Dari hasil analisa didapatkan tension terbesar adalah pada kapal yang tegangan ijinnya sampai pada kecepatan 2 knot sebesar 137,718 kn dan menyebabkan pipa mengalami tegangan sebesar 157 N/mm 2. Tegangan yang dialami oleh pipa ini masih dalam kondisi aman atau masih belum melebihi tegangan ijin. Kata kunci : Subsea Pipeline, Tension, Tegangan, anchor draging I. PENDAHULUAN Jaringan pipa ini berada pada perairan dengan alur transportasi kapal yang sangat padat. Kerusakan pada konstruksi pipa ini juga dapat terjadi. Salah satu kerusakan dapat berupa pipa penyok atau pipa mengalami kebocoran. Adanya kebocoran pada pipa menyebabkan gas di dalam saluran pipa akan keluar sampai ke permukaan laut. Apabila pada permukaan laut terletak kebocoran pipa terdapat kapal yang melintas, maka manusia yang berada pada kapal tersebut ( anak buah kapal, penumpang, nelayan, dll) akan secara langsung terkena dampaknya. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kekuatan pipa ketika mengalami tarikan dari jangkar kapal dengan variasi kapal beserta kecepatannya ketika melego jangkar. Dari hasil analisis diharapkan dapat diketahui cara menganalisis struktur pipa bawah laut. Saluran pipa tersebut dibagi menjadi 5 zone. Pada zone III, yaitu pada kilometer pos (KP) 6,7 sampai 9,3, pipa gas bawah laut tidak bisa ditanam karena kondisi dasar laut yang keras dan berbatu. Kedalaman air pada saluran pipa gas Amerada Hess pada zone III ini adalah antara 7 sampai 13 m. Fokus pada penelitiam kali ini adalah pipa pada zone III dikarenakan pipa tidak ditanam dan berada pada kedalaman antara 7 sampai 13 m. Dalam penelitian kali ini akan dibahas bagamaina kekuatan pipa terhadap tarikan jangkar kapal dengan variasi kecepatan kapal dan kapal yang digunakan adalah kapal yang melewati perairan diatas pipa bawah laut yaitu jenis kapal tug boat. II. URAIAN PENELITIAN Penelitian ini dilakukan dengan studi literatur dan mengumpulkan data-data terlebih dahulu. Berikut adalah data-data yang digunakan untuk penelitian. Tabel 1 merupakan data umum dari tug boat Tabel 1. Principal dimension dari 3 tug boat Data HARBOUR TUG KAPAL TUNDA TB TBN B satuan LOA 26 29 23 meter B 9.6 9.5 7 meter H 4 4.6 3.2 meter T 3 3.6 2.6 meter Vs 11.5 10 10 Knot Cp 0.59 0.67 0.58 Cb 0.43 0.54 0.49 Cm 0.78 0.80 0.78 Displacement 476.11 566 245 Ton WSA 290 338 192.3 m² WPA 202 238 129.4 m² LWL 25 28.6 22.8 m Setelah itu, dilakukan pemodelan Tug Boat menggunakan software, kemudian dilakukan validasi model berdasarkan data hidrostatis yang diperoleh. Hasil perbandingan data tersaji dalam Tabel 2. Tabel 2. Validasi model TB TBN B Displacement 245 250.26 2.1 Draft to Baseline 2.6 2.71 4.06 Immersed depth 2.6 2.71 4.06 Lwl 22.8 22.4 1.79 Beam wl 7 7.01 0.14 WSA 192.3 196.105 1.94 Waterplane area 129.4 131.68 1.73 Cp 0.58 0.6 3.33 Cb 0.49 0.49 0.41 Cm 0.78 0.81 3.95

2 Tabel 3. Validasi model Harbour Tug Displacement 476.11 478 0.40 Draft to Baseline 3 3 0.00 Immersed depth 3 3 0.00 Lwl 25 25 0.00 Beam wl 9.6 9.59 0.10 WSA 290 293 1.02 Waterplane area 202 204.5 1.22 Cp 0.59 0.57 3.51 Cb 0.43 0.44 2.27 Cm 0.78 0.78 0.00 Tabel 4. Validasi model Kapal Tunda Displacement 566 568.38 0.42 Draft to Baseline 3.6 3.6 0.00 Immersed depth 3.6 3.6 0.00 Lwl 28.6 29 1.38 Beam wl 9.5 9.5 0.00 WSA 338 342.429 1.29 Waterplane area 238 243.72 2.35 Cp 0.67 0.68 1.47 Cb 0.54 0.56 3.57 Cm 0.8 0.82 2.44 Hasil validasi menyatakan model layak untuk dianalisa. Kemudian analisa dilakukan dengan analisa dinamis dalam frequency domain. Response-Amplitude Operator Analisis ini akan digunakan untuk menghitung RAO dari 3 kapal tersebut. Persamaan RAO adalah sebagai berikut [3] :. (1) Dimana : Ra = amplitudo struktur (m atau derajat) = amplitudo gelombang (m) Tension Pada Rantai Jangkar Gerakan pada kapal dan pengaruh lingkungan menyebabkan adanya tarikan dari mooring line. Tarikan (tension) yang terjadi pada mooring line dapat dibedakan menjadi dua, yaitu: 1. Mean tension Tension pada mooring line yang berkaitan dengan mean offset pada kapal. 2. tension Mean tension yang mendapat pengaruh dari kombinasi frekuensi gelombang dan low frequency tension. Batasan tension pada mooring line dan safety factor yang direkomendasikan oleh API-RP2SK (2005) untuk kondisi intact = 1.67 Tabel 5. Tabel data Mooring line TB TBN B 2 Ukuran rantai (diameter) 19 mm 3 Panjang rantai 192 m 4 Chain Break load 21.424 ton 5 Berat rantai di udara 0.0072 ton/m 6 Berat rantai di air 0.0062 ton/m 7 Berat jangkar 240 ton Tabel 6. Tabel data Mooring line Harbour tug 2 Ukuran rantai (diameter) 17,55 mm 3 Panjang rantai 247.5 m 4 Chain Break load 17.21 ton 5 Berat rantai di udara 0.0063 ton/m 6 Berat rantai di air 0.0055 ton/m 7 Berat jangkar 360 ton Tabel 7. Tabel data Mooring line Kapal Tunda 2 Ukuran rantai (diameter) 22 mm 3 Panjang rantai 275 m 4 Chain Break load 28.561 ton 5 Berat rantai di udara 0.0096 ton/m 6 Berat rantai di air 0.0084 ton/m 7 Berat jangkar 420 ton Tegangan pada pipa Data yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah data pipa bawah laut milik Hess (Pangkah-Indonesia), digunakan untuk distribusi gas dari Wellhead Platform A di perairan Ujung Pangkah menuju Gresik Onshore Processing Facility (OPF). Berikut adalah data material pipa gas Ujung-Pangkah Indonesia. Saluran pipa tersebut dibagi menjadi 5 zone. Pada zone III, yaitu pada kilometer pos (KP) 6,7 sampai 9,3, pipa gas bawah laut tidak bisa ditanam karena kondisi dasar laut yang keras dan berbatu. Kedalaman air pada saluran pipa gas Amerada Hess pada zone III ini adalah antara 7 sampai 13 m. Fokus pada penelitiam kali ini adalah pipa pada zone III dikarenakan pipa tidak ditanam dan berada pada kedalaman antara 7 sampai 13 m. Tabel 8. Tabel data pipa Data Unit Value Nominal Outside Diameter (OD) mm 457 SMYS ( API 5L X65) mpa 448 Nominal wall thickness mm 14,8 Steel Density (ρsteel) kg/m 3 7850 Corrosion Allowance ( CA ) mm 0 Corrosion Coating thickness (tcc) mm 5,5 Corrosion Coating Density (ρcc) kg/m 3 1300 Concrete coating thickness (twc) kg/m 3 30 Concrete coating Density (ρwc) kg/m 3 2400 contents Density (ρcont) kg/m 3 0 Seawater Density (ρsea) kg/m 3 1017 Water Depth (h) m 0,5 Internal pressure (Pi) mpa 0,05 Design Factor Hoop Stress (F1) - 0,72 Design Factor Longitudinal Stress - 0,8 Design Factor Combined Stress - 0,9 Temperature inlet (Ti) 0 C 25 Temperature outlet (To) 0 C 25 Coef ofthermal expansion (α) 0 C 11,7,10-6 Poisson s ratio (v) - 0,3 Young s Modulus (E) Mpa 207.103

3 Tabel 9. Tabel data lingkungan 1 Hs 2.07 m 2 Tz 5.56 s 3 Tp 7.72 s 4 Wave direction 0 degree 5 speed current 0.3 m/s 6 speed current direction 90 degree 7 Depth 10 m roll memiliki nilai RAO mencapai 27.782 deg/m pada frekuensi encounter 1.5708 rad/sec. Pitch 180 0 Tegangan dalam yang terjadi pada pipa disebabkan oleh beban luar seperti berat mati, tekanan dan pemuaian termal, dan bergantung pada geometri pipa serta jenis material pipa. Sedangkan tegangan batas lebih banyak ditentukan oleh jenis material dan metode produksinya. Tegangan adalah besaran vektor yang selain memiliki nilai juga memerlukan arah. Nilai dari tegangan didefinisikan sebagai gaya (F) per satuan luas (A). III. HASIL DAN DISKUSI Didalam pengerjaan tugas akhir ini, motion gerakan dari 3 kapal yang dianalisis adalah gerakan kapal dengan sudut datang gelombang dari 0 0, 90 0, dan 180 0 pada saat kondisi Heave, Roll dan Pitch. Grafik RAO menunjukkan karakteristik pergerakan dari ketiga kapal tersebut pada gelombang reguler dapat dilihat pada gambar Pada gambar 3 merupakan grafik RAO untuk respon gerakan heave maksimum yang mencapai 0.999 deg/m pada frekuensi encounter 0.1848 rad/sec. Heave 0 0 Gambar 3. RAO Kapal Tunda, Harbour Tug, dan TB TBN B saat kondisi roll Following Sea Gambar 3 gerakan roll adalah yang paling signifikan pada CPO Barge. Puncak tertinggi terdapat pada gerakan roll memiliki nilai RAO mencapai 12.693 deg/m pada frekuensi encounter 1,396 rad/sec. Analisis Tension Pada Rantai Jangkar Analisis tension pada pengerjaan tugas akhir ini menggunakan software yang nantinya akan didapatkan tension maksimum dari rantai jangkar. Dibawah terdapat tabel hasil analisis yang dilakukan pada software Orcaflex dengan variasi gerakan kapal saat melego jangkar. Tabel 10. Hasil tension kapal TB TBN B DATA 1.5 knot tension (kn) 207.891 safety factor 1.01 Condition Fail Gambar 1. RAO Kapal Tunda, Harbour Tug, dan TB TBN B saat kondisi heave Following Sea Roll 90 0 Gambar 4. Grafik time domain kapal TB TBN B saat Gambar 2. RAO Kapal Tunda, Harbour Tug, dan TB TBN B saat kondisi roll beam Sea Gambar 4 gerakan roll adalah yang paling signifikan pada Kapal TB TBN B. Puncak tertinggi terdapat pada gerakan Berdasarkan tabel 10 dan gambar 4 diatas dapat diketahui bahwa tension maksimum TB TBN B terjadi ketika 48.458 s yaitu sebesar 207,891 kn. Nilai sebesar itu sudah tidak dijinkan karena pada tension tersebut pipa sudah mengalami tension maksimun. Atau bisa dibilang nilainya belem melampaui nilai safety factor.

4 Tabel 11. Hasil tension Harbour Tug DATA 1.5 knot tension (kn) 137.718 safety factor 2.03 Condition ok Gambar 5. Grafik time domain kapal Harbour tug saat Berdasarkan tabel 11 dan gambar 5 menunjukkan bahwa tension maksimum yang terjadi saat kecepatan 1,5 knot 137.718 kn. Tension tersebut menghasilkan nilai safety ratio sebesar 2.03, nilai tersebut adalah tension maksimum yang dijinkan karena nilainya sudah melebihi nilai safety factor. Tabel 12. Hasil tension Kapal Tunda DATA 1.5 knot tension (kn) 128.572 safety factor 2.18 Condition ok tension dengan hasil safety factor harus lebih dari 1,67 (API). Analisa tension terhadap pipa Permodelan pipa pada tugas akhir ini menggunakan bantuan software Autopipe, dengan input data yang dimasukkan adalah seperti pada tabel 6. Sebagai bukti bahwa model pipa dalam tugas akhir ini dikategorikan aman maka dibuatlah hasil dari permodelan berupa tabel sebagai berikut, Tabel 13. Output permodelan pipa kondisi awal Hoop Stress Longitudinal stress Combined stress Stress (N/mm2) 1 34 39 Allowable (N/mm2) 224 359 403 Ratio 0 0.10 0.10 Load Combination Max P GRTP1 GRTP1 Dari hasil permodelan kapal dengan lego jangkar maka dapat diketahui berapa besar tension yang terjadi ketika kapal melego jangkar dengan variasi kecepatan ketika mereka sesaat menjatuhkan jangkar atau bisa dikatakakan saat mesin mati. Titik atau point yang menerima tension dibagi menjadi 3 titik yang masing-masing memiliki jarak sepanjang 4.25 m. Harbour Tug Tabel 14. Tegangan pipa akibat tension Harbour tug saat kecepatan 1,5 knot kecepatan 1,5 knot HARBOUR TUG Tension 137.718 (kn) A B C Parameter (N/mm2) (N/mm2) (N/mm2) pipe stress 88 157 88 Stress Allowable (N/mm2) 403 403 403 Stress Ratio 0.22 0.39 0.22 Stress Ratio < 1 safe safe safe Gambar 6. Grafik time domain Kapal Tunda saat Dari tabel 12 dan gambar 6 menunjukkan bahawa tension maksimum yang terjadi ketika kapal berjalan 1.5 knot adalah 128,572 kn. Dengan nilai safety factor yang ada pada tabel 12 maka mooring tersebut memenuhi kriteria, yaitu minimum breaking load dibagi oleh maksimum. Gambar 7. Model pipa yang menerima tension terbesar dari Harbour tug saat kecepatan 1,5 knot

5 Kapal Tunda Tabel 15. Tegangan pipa akibat tension Kapal Tunda saat kecepatan 1,5 knot KAPAL TUNDA Parameter Tension 128,572 (kn) A B C (N/mm2) (N/mm2) (N/mm2) pipe stress 82 147 82 Stress Allowable (N/mm2) 403 403 403 Stress Ratio 0.20 0.36 0.20 Stress Ratio < 1 safe safe safe Gambar 14. Model pipa yang menerima tension terbesar dari Harbour tug saat kecepatan 1,5 knot [2] Chakrabarti, S.K..1978. Hydrodynamics of Offshore Structures, Computational Mechanics Publications Southampton. Boston, USA. [3] Soegiono., 2007, Pipa Laut. Surabaya, Airlangga University Press, Surabaya [4] Artana,Ketut Buda.2009. Penilaian Resiko Pipa Gas Bawah Laut Ujung Pangkah-Gresik Dengan Standard DNV RP F107, Teknik Sistem Perkapalan FTK ITS, Surabaya [5] Leksono. Boy Bariadi (2009). Analisa numerik pengaruh vortex induced vibration pada freespan pipa bawah laut dengan matlab. Tugas Akhir, Jurusan Teknik Kelautan-FTK, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya [6] Bai, Y. (2001). Pipeline and Riser. Elsevier Science Ltd, Oxford. UK. [7] Guo, Boyun. et al(2005). Offshore Pipelines. Gulf Profesional Publishing, Burlington. USA. [8] Negara, Adhipati (2009). Analisa ketebalan pipa bawah laut dan resiko akibat kejatuhan jangkar kapal : studi kasus pipa ujung pangkah. Tugas Akhir, Jurusan Teknik Kelautan-FTK, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya [9] Mouselli, A. H. (1981). Offshore Pipeline Design, Analysis and Methods.PennWell Books. Oklahoma Dari tabel 14 dan gambar 14 bisa dilihat bahwa tegangan yang dialami pipa adalah sebesar 147 N/mm 2 dan memiliki stress ratio terbesar yaitu pada point B. IV. KESIMPULAN/RINGKASAN Dari analisis model, dapat disimpulkan bahwa: 1. Tension yang disebabkan oleh tug boat dengan variasi kecepatan adalah sebagai berikut : A. HARBOUR TUG Kecepatan 1,5 knot tension yang dihasilkan sebesar 137,718 kn B. KAPAL TUNDA Kecepatan 1.5 knot tension yang dihasilkan sebesar 128,572 kn 2. Tegangan pada pipa yang diakibatkan oleh tension dari tension jangkar dengan variasi kecepatan kapal adalah sebagai berikut : A. HARBOUR TUG Kecepatan 1,5 knot mengakibatkan pipa mengalami Tegangan sebesar 157 N/mm 2 B. KAPAL TUNDA Kecepatan 1,5 knot mengakibatkan pipa mengalami Tegangan sebesar 147 N/mm 2 3. Dapat disimpulkan bahwa diameter mooring line mempengaruhi besar kecilnya sebuah nilai tension dan ukuran serta kecepatan kapal juga berpengaruh terhadap tension. Kecepatan kapal juga berpengaruh, ketika kapal berjalan semakin cepat tension yang terjadi semakin besar. DAFTAR PUSTAKA [1] Det Norske Veritas (DNV) RP F107, 2001, Risk Assessment of Pipeline Protection